LAPORAN PROYEK AKHIR
Diajukan Pada Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Guna Memperoleh Gelar Ahli Madya
Oleh:
Hasnanto Riyantiarno NIM. 10506131028
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
*PENGGT'NAAI{
IC YIPERiZ2A PADA
CATU DAYA MODEL PEhIYAKLARANI}NTUK PEMUTAR CAKRAM
DYD"
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji hogram Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta
Pada tanggal 14 Agustus 2014
Dan etnrratakan telah memenuhi syarat guna memperoleh gelar Ahli Madya
Nama
Mr-rhammad AIi, MT
Rustam Asnawi. MT,Ph.D
Drs. Sunomo, MT
DEWAN PE!{G{-T.TI
Jabatan
Kefira Penorrii- --'o-.,
Sekretaris Penguji
Penguji
Yogyakart4 10 September 2015
Dekan Fakultas Teknik
lil
,E:{""r""
Negeri Yogyakarta
NrP. 19s602r6 t98603
I
0o3b
v ABSTRAK
Tujuan dibuat Tugas Akhir ini untuk mengetahui regulasi beban, regulasi tegangan masukan dan frekuensi penyaklaran catu daya model penyaklaran IC Viper22A pada terminal keluaran 5 V yang digunakan untuk perangkat pemutar cakram DVD. Keunggulan penggunaan Viper22A adalah sistem kendali penyaklar dayanya sudah menjadi satu dalam sebuah IC sehingga komponen yang digunakan lebih sedikit daripada catu daya model penyaklaran dengan transistor.
Sistem catu daya model penyaklaran ini terbagi dalam beberapa bagian antara lain penyearah primer, Flyback PWM AC/DC, transformator, penyearah sekunder, TL 431 Voltage Feedback, optocoupler PC 817, IC PWM Viper22A. Pemberi lebar pulsa catu daya ini dari IC PWM tipe Viper22A yang bekerja pada frekuensi 60 kHz.
Pengujian dilakukan dengan membandingkan kinerja catu daya model penyaklaran dengan transistor dan catu daya model penyaklaran dengan IC Viper22A saat tegangan masukan bolak balik 150 V (nilai minimal), 220 V (nilai nominal) dan 240 V (nilai maksimal) pada tegangan keluaran 5 V. Uji beban dilakukan dengan membebani catu daya untuk mengoperasikan pemutar cakram DVD pada kondisi cakram masuk dan cakram berputar. Hasil uji menunjukkan bahwa saat tegangan masukan nominal, catu daya dengan IC kendali Viper22A pada kondisi DVD tidak memutar cakram, tegangan keluarannya sebesar 4,8 V pada arus 180 mA. Pada saat kondisi pemutar cakram DVD bekerja, tegangan keluarannya 4,6 V pada arus 600 mA. Pada catu daya dengan transistor saat DVD tidak memutar cakram tegangan keluarannya sebesar 5 V pada arus 200 mA. Kondisi pemutar cakram DVD saat bekerja tegangan keluarannya 4,8 V pada arus 640 mA Persentase regulasi dihitung menggunakan formula dari Rantec Power System Inc dengan hasil uji: regulasi tegangan pada catu daya dengan IC Viper22A adalah 2,08 %, sedangkan catu daya model penyaklaran dengan transistor 4,16 %. Regulasi beban pada catu daya dengan IC Viper22A adalah 37,5 %, sedangkan catu daya model penyaklaran dengan transistor 4 %. Dengan demikian, regulasi tegangan masukan pada catu daya IC Viper22A lebih baik daripada catu daya penyaklaran dengan transistor. Tetapi, regulasi bebannya lebih buruk daripada catu daya penyaklaran dengan transistor. Frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyaklaran IC Viper22A setelah diukur menggunakan osiloskop sebesar 57,14 kHz serta persentase perbedaan saat pengukuran dan secara teori adalah 4,76 %.
vi
dengan lancar.
Rasa terima kasih saya yang kedua saya persembahkan kepada kedua orang tua saya yang telah memberikan dukungan baik dukungan moril, material maupun spiritual sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Rasa terima kasih saya yang ke tiga saya pesembahkan kepada teman – teman Remaja Masjid Ukhuwah Islamiyah Tegal Lempuyangan dan teman – teman Teknik Elektro kelas B 2010 yang telah memberikan support, motivasi, do’a serta masukkan yang bermanfaat sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Saya tak lupa mengucapkan terima kasih atas bimbingan dosen – dosen Jurusan Pendidikan Teknik Elektro terutama kepada Bapak Muhammad Ali, M.T yang telah membarikan bimbingan dan ilmu yang bermanfaat.
Tak lupa saya mengucap terimakasih kepada seluruh staff dan karyawan Jurusan Pendidikan Teknik Elektro dan Fakultas Teknik yang telah memberikan pelayanan dalam hal administrasi.
vii
bergerak Dan selalu bergerak, Dengan
bergerak semua keinginan kita akan
terpenuhi. Dengan bergerak pula kita
memperoleh pengalaman yang cukup untuk
viii
memberikan karunia dan rahmat-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan Proyek Akhir dengan judul Penggunaan IC Viper22A Pada Catu Daya Model Penyaklaran Untuk Pemutar Cakram DVD dengan lancar.
Adapun maksud dan tujuan pembuatan Proyek Akhir dengan judul Penggunaan IC Viper22A Pada Catu Daya Model Penyaklaran Untuk Pemutar Cakram DVD ini guna memperoleh gelar Ahli Madya. Proyek Akhir dengan judul Penggunaan IC Viper22A Pada Catu Daya Model Penyaklaran Untuk Pemutar Cakram DVD ini dapat terselesaikan berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Moch Bruri Triyono, M.Pd selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta,
2. Ketut Ima Ismara, M.Pd, M.Kes, selaku Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta,
3. Rustam Asnawi, MT selaku Kaprodi Teknik Elektro, 4. Toto Sukisno, M.Pd, selaku Koordinator Proyek Akhir, 5. Muhammad Ali, MT selaku pembimbing Proyek Akhir, 6. Drs. Sunomo, MT selaku penguji Proyek Akhir,
7. Orang Tua yang telah memberikan dukungan serta doa restu selama ini, 8. Segenap teman-teman kelas B angkatan 2010 yang telah banyak membantu
ix
bermanfaat untuk semuanya dan semoga Allah SWT memberikan balasan yang sebaik-baiknya. Amin.
Akhir kata sebagai manusia yang mempunyai keterbatasan, penulis menyadari kekurangan dalam pembuatan Proyek Akhir dengan judul Penggunaan IC Viper22A Pada Catu Daya Model Penyaklaran Untuk Pemutar Cakram DVD. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan Proyek Akhir ini di kemudian hari. Semoga proyek akhir ini dapat bermanfaat dan menambah pustaka bagi kita.
Yogyakarta, 10 September 2015
Penulis
x
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ... iv
ABSTRAK ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN ... vi
HALAMAN MOTTO ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR TABEL ... xvi
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
A. Latar Belakang ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 3
C. Batasan Masalah ... 3
D. Perumusan Masalah ... 4
E. Tujuan ... 4
F. Manfaat ... 5
1. Bagi Mahasiswa ... 5
2. Bagi Lembaga Pendidikan ... 5
3. Bagi Masyarakat ... 5
xi
1. Dioda ... 15
2. Kapasitor ... 19
3. Resistor ... 26
4. TL 431 ... 29
5. Optocoupler ... 31
6. Induktor ... 35
7. IC Viper22A ... 40
8. Trafo Penyaklaran (Switching Transformer) ... 42
BAB III. KONSEP RANCANGAN ... 46
A. Identifikasi Kebutuhan ... 46
B. Perancangan Blok Diagram Rangkaian Catu Daya Model Penyaklaran ... 47
C. Pembuatan Alat ... 51
1. Alat dan Bahan ... 51
2. Langkah Kerja ... 53
D. Perencanaan Pengujian dan Pengambilan Data ... 57
BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 60
A. Tempat Pengujian Alat dan Pengambilan Data ... 60
xii
a. Catu Daya Model Penyaklaran Dengan Transistor ... 63
b. Catu Daya Model Penyaklaran Dengan IC Viper22A ... 64
3. Pembahasan ... 64
a. Pembahasan ... 65
b. Perhitungan ... 65
1. regulasi tegangan pada catu daya model penyaklaran dengan transistor ... 67
2. regulasi beban pada catu daya model penyaklaran dengan transistor ... 67
3. regulasi tegangan pada catu daya model penyaklaran dengan IC Viper22A ... 67
4. regulasi beban pada catu daya model penyaklaran dengan IC Viper22A ... 68
5. frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyaklaran dengan IC Viper22A ... 68
6. persentase perbedaan frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyaklaran dengan IC Viper22A saat pengukuran dan secara teori ... 68
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 70
xiii
xiv
Gambar 2. Snubber ... 9
Gambar 3. Kontrol Penyaklaran Utama ... 10
Gambar 4. Sinyal PWM ... 10
Gambar 5. Cara Pembangkitan Secara Analog ... 11
Gambar 6. Pembangkitan Gelombang Gergaji ... 11
Gambar 7. Pulsa PWM ... 12
Gambar 8. Sinyal PWM dan Rumus Tegangan Keluaran PWM ... 13
Gambar 9. Tegangan Rata – Rata PWM ... 13
Gambar 10. Tegangan Rata – Rata PWM ... 13
Gambar 11. Penyearah sekunder dan penyaringnya ... 14
Gambar 12. Symbol dan Bentuk Dioda ... 15
Gambar 13. Bentuk Dioda Jembatan ... 17
Gambar 14. Penyearah Arus dan Pelipat Tegangan ... 17
Gambar 15. Regulator Tegangan ... 18
Gambar 16. Dioda Sebagai Pengaman ... 19
Gambar 17. Simbol dan Bentuk Kapasitor ... 20
Gambar 18. Bentuk Asli Kapasitor ... 20
Gambar 19. Prinsip Dasar Kapasitor ... 20
Gambar 20. Cara Membaca Muatan Kapasitor ... 23
Gambar 21. Cara Membaca Nilai Resistor ... 26
xv
Gambar 26. Induktor ... 36
Gambar 27. Induktor yang Biasa di Catu Daya ... 37
Gambar 28. Jenis – Jenis Induktor ... 38
Gambar 29. Bentuk Fisik Viper22A ... 41
Gambar 30. Konfigurasi Pin Pada IC Viper22A ... 42
Gambar 31. Fisik Trafo Penyaklaran ... 43
Gambar 32. Konstruksi Trafo Penyaklaran ... 43
Gambar 33. Konfigurasi Pin Trafo PenyaklaranEE-25XS ... 44
Gambar 34. Blok Diagram Sistem Kerja Catu Daya Model Penyaklaran ... 47
Gambar 35. Rangkaian Catu Daya Model Penyaklaran dengan Viper22A ... 56
Gambar 36. Rangkaian Catu Daya Model Penyaklaran dengan Viper22A Setelah Ada Beberapa Perubahan ... 56
Gambar 37. Jalur PCB ... 57
Gambar 38. Frekuensi Penyaklaran Saat Diukur Menggunakan Osiloskop .. 62
Gambar 39. Saat Pengujian Catu Daya Model Penyaklaran dengan Transistor ... 62
Gambar 40. Saat Pengujian Catu Daya Model Penyaklaran dengan IC Viper22A ... 62
Gambar 41. Catu Daya Model Penyaklaran dengan Transistor ... 63
xvi
Tabel 2. Tabel Karakteristik ... 25 Tabel 3. Rumus Dari Beberapa Induktor ... 39 Tabel 4. Komponen yang Digunakan ... 52 Tabel 5. Regulasi Tegangan dan Arus Pada Catu Daya Model
Penyaklaran dengan Transistor ... 58 Tabel 6. Regulasi Tegangan dan Arus Pada Catu Daya Model Penyaklaran
dengan IC Viper22A ... 58 Tabel 7. Frekuensi Penyaklaran Pada Catu Daya Model Penyaklaran dengan
IC Viper22A ... 59 Tabel 8. Regulasi Tegangan dan Arus Pada Catu Daya Model Penyaklaran
dengan Transistor ... 63 Tabel 9. Regulasi Tegangan dan Arus Pada Catu Daya Model Penyaklaran
dengan IC Viper22A ... 64 Tabel 10. Frekuensi Penyaklaran Pada Catu Daya Model Penyaklaran
dengan IC Viper22A ... 64 Tabel 11. Regulasi Tegangan dan Regulasi Beban ... 69 Tabel 12. Frekuensi Penyaklaran Pada Catu Daya Model Penyaklaran
1
Semua alat elektronik yang digunakan untuk mendukung kegiatan sehari – hari seperti TV, radio, DVD, VCD player, komputer, dan lain – lain pasti memerlukan sumber arus searah sebagai suplai untuk menghidupkan sistemnya. Suplai tegangan searah tersebut diperoleh dari catu daya. Fungsi utama catu daya adalah mengubah tegangan bolak balik menjadi tegangan searah untuk menyuplai beban sesuai dengan spesifikasi arus dan tegangan yang dibutuhkan. Catu daya yang digunakan pada saat ini adalah model catu daya penyaklaran (switching). Menurut Antemma Yagi (2010), keunggulan catu daya model penyaklaran antara lain :
1. efisiensinya tinggi, 2. bobotnya ringan, 3. harga lebih murah,
4. tegangan keluarannya dapat dikontrol melalui umpan balik dari sisi penyearah sekunder ke sisi penyearah primer melalui optocoupler,
5. tidak mudah panas serta cocok untuk peralatan yang bekerja terus menerus.
daya model penyaklaran, sisi primer tidak menggunakan trafo seperti catu daya linear, tetapi menggunakan jenis trafo yang lebih kecil karena bekerja pada tegangan tinggi. Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah di atas dapat diidentifikasikan beberapa masalah, antara lain :
1. bagaimana regulasi beban pada catu daya model penyaklaran, 2. bagaimana regulasi tegangan pada catu daya model penyaklaran,
3. berapa frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyalaran IC Viper22A,
4. berapa efisiensi daya pada catu daya model penyalaran IC Viper22A.
C. Batasan Masalah
Untuk membatasi pembahasan tentang alat ini meluas dari yang diinginkan, maka proyek akhir ini dibatasi dengan :
1. tidak menggunakan mikrokontroller dan tampilan LCD untuk mengetahui berapa regulasi tegangan dan arus yang dihasilkan oleh rangkaian ini,
2. pengujian alat ini menggunakan pemutar cakram CD/DVD,
3. pengujian rangkaian ini menggunakan pemutar cakram DVD dengan melepas rangkaian catu daya lama dan diganti dengan rangkaian catu daya yang dibuat ini.
D. Perumusan Masalah
Dari berbagai pembahasan di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang ada, yaitu :
1. berapa persentase regulasi tegangan keluaran saat tegangan masukan nominal?
2. berapa persentase regulasi beban saat tegangan masukan nominal? 3. berapa frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyaklaran dengan
IC Viper22A?
E. Tujuan
Tugas Akhir " Penggunaan IC Viper22A Pada Catu Daya Model Penyaklaran Untuk Pemutar Cakram DVD " ini memiliki tujuan sebagai berikut :
1. mengetahui regulasi tegangan, regulasi beban dan frekuensi penyaklaran pada catu daya model penyaklaran IC Viper22A,
F. Manfaat
1. Bagi Mahasiswa
- memperoleh pengetahuan dan pemahamaan mengenai penggunaan dan aplikasi catu daya model penyaklaran baik dari sistemnya maupun karakteristiknya,
- menerapkan teori yang didapat dari bangku kuliah untuk diterapkan ke dalam sebuah karya nyata,
- memperoleh pengalaman dalam perancangan dan proses pembuatan catu daya model penyaklaran IC Viper22A.
2. Bagi Lembaga Pendidikan
- dapat mendorong ide – ide baru untuk mencari metode terbaik dalam proses pembuatan catu daya model penyaklaran IC Viper22A
3. Bagi Masyarakat
- dapat mengaplikasikan pada perangkat pemutar cakram DVD yang belum menggunakan catu daya model penyaklaran dengan pengontrol IC Viper22A,
- dapat memberi kesempatan pada peserta didik untuk belajar mandiri atau cara belajar siswa aktif,
G. Keaslian Gagasan
7 BAB II
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
A. Catu Daya Model Penyaklaran
Alat elektronik adalah suatu barang yang dapat menunjang kehidupan
sehari – hari. Saat ini hampir semua orang mempunyai alat elektronik seperti
TV, komputer, VCD, DVD, dan lain sebagainya. Komponen pokok pada alat
elektronik adalah catu daya. Catu daya adalah suatu rangkaian yang menyuplai
daya ke sebuah rangkaian atau alat untuk bekerja sesuai dengan fungsinya.
Catu daya terbagi menjadi dua jenis, yaitu catu daya jenis linear dan catu daya
jenis penyaklaran (switching). Catu daya model penyaklaran adalah suatu
rangkaian yang mengonversi tegangan bolak - balik ke tegangan searah dengan
teknologi penyaklaran atau switching. Teknologi penyaklaran dalam hal ini
menggunakan penyaklaran seperti pada transistor. Pengatur proses penyaklaran
umumnya menggunakan transistor BJT dan mosfet. Namun sekarang pengatur
proses penyaklaran tidak hanya menggunakan BJT dan mosfet tetapi sudah
menggunakan IC SMPS. IC ini mengkombinasikan beberapa mosfet ke dalam
sebuah IC. Adapun jenis IC SMPS (Switch Mode Power Supply) antara lain
VIPer22A, DH321, Power20(30)(50), TEA1523P, 5L0365R, 5L0380R,
DM365R, 5L02659R atau tipe yang sejenis. Perbedaan antara catu daya yang
menggunakan proses penyaklaran dengan transistor dan IC adalah terdapat
pada jumlah komponen yang digunakan pada sistem penyaklaran. Catu daya
Sedangkan catu daya model penyaklaran dengan IC menggunakan sedikit
komponen karena transistor daya dan kontrol telah dikemas dalam satu
kemasan IC. Di samping itu, menurut Antemma Yagi (2010), keuntungan dari
catu daya model penyaklaran yaitu:
1. efisiensinya tinggi sekitar 83 %,
2. ringan,
3. cocok untuk peralatan yang bekerja 24 jam karena catu daya model
penyaklarantidak terpengaruh oleh suhu,
4. tegangan keluaran terkontrol karena terdapat rangkaian umpan balik
(feedback) yang terpasang pada keluaran penyearah sekunder ke penyearah
pertama melalui optocoupler,
5. isolasi dari transien jala – jala lebih baik.
Catu daya untuk pemutar cakram DVD biasanya disebut juga sebagai
modul regulator. Beberapa bagian pokok dari regulator penyaklaran adalah,
1. AC line filter (penyaring pada jala - jala listrik bolak balik), berfungsi
sebagai penyaring riak frekuensi jala-jala listrik yang terdiri dari sebuah
lilitan dan sebuah kapasitor non polar dipasang pada bagian masukan serta
keluaran kumparan,
2. rectifier & smoother, berfungsi sebagai penyearah tegangan bolak-balik
menjadi tegangan searah, sedangkan smoother berfungsi untuk
memperkecil tegangan riak hasil dari penyearahan tegangan bolak-balik.
sebuah resistor untuk membatasi arus tarikan awal sewaktu kapasitor
penyaring masih dalam kondisi kosong dan sebuah kapasitor elektrolit,
Gambar 1. Bagian Penyearah Primer dan Penyaring Tegangan Bolak Balik
3. trigger circuit (rangkaian pemicu), berfungsi untuk memberikan tegangan
panjar awal (pertama kali) agar catu daya model penyaklaran dapat
bekerja. Pada umumnya rangkaian pemicu terdiri dari beberapa rangkaian
resistor,
4. snubber, berfungsi untuk menghilangkan lonjakan tegangan. Snubber
terdiri dari sebuah kapasitor, dioda dan resistor,
5. main switching (penyaklaran utama), berfungsi untuk penyaklar tegangan
searah hasil penyearahan dengan periode tertentu yang terdiri dari
rangkaian osilator, pengontrol utama dan kontrol arus seperti Gambar 10.
Rangkaian penyaklaran utama berfungsi untuk mengatur lebar pulsa (Pulse
Width Modulation).
Gambar 3. Kontrol Penyaklaran Utama
Menurut Fadlan Nuran Gani (2012), Pulse Width Modulation
(PWM) secara umum adalah cara memanipulasi lebar sinyal yang
dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode untuk mendapatkan tegangan
rata-rata yang berbeda. Bebarapa contoh aplikasi PWM adalah
memodulasi data untuk telekomunikasi, mengontrol tegangan yang masuk
ke beban dan regulator tegangan.
Gambar 4. Sinyal PWM
Menurut Rudito Prayogo (2012), dalam membangkitkan sinyal
PWM terdapat dua cara yaitu analog dan digital. Pembangkitan sinyal
PWM secara analog adalah cara yang paling sederhana seperti Gambar 4.
Cara tersebut membandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan gigi
gergaji (carrier) dengan tegangan referensi menggunakan rangkaian
op-amp komparator.
Gambar 5. Cara Pembangkitan Secara Analog (Sumber : http://www.maulanurulkhakam.com)
Cara kerja dari komparator analog adalah membandingkan
gelombang tegangan gigi gergaji dengan tegangan referensi.
Gambar 6. Pembangkitan Gelombang Gergaji (Sumber : http://www.maulanurulkhakam.com)
Pada Gambar 5, saat nilai tegangan referensi lebih besar dari tegangan gigi
gergaji (carrier), maka sinyal keluaran komparator akan bernilai
tegangan gigi gergaji, maka sinyal keluaran komparator akan bernilai
minimal. Dari prinsip kerja komparator, untuk mengubah periode sinyal
keluaran cukup dengan mengatur besar tegangan referensi. Pada metode
pembangkitan secara digital, setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh
resolusi dari PWM itu sendiri. Seperti PWM digital 8 bit berarti PWM
tersebut memiliki resolusi 28 = 256. Maksudnya nilai keluaran PWM ini
memiliki 256 variasi. Variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili
periode 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut seperti yang terlihat pada
Gambar 6.
Gambar 7. Pulsa PWM
(Sumber : http://robotic-electric.blogspot.com/2012/11/pulse-width-modulation-pwm.html)
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi
dasar tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa
PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum
termodulasi. Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap,
Gambar 8. Sinyal PWM dan Rumus Tegangan Keluaran PWM (Sumber :
http://robotic-electric.blogspot.com/2012/11/pulse-width-modulation-pwm.html)
Dari persamaan pada Gambar 7, diketahui bahwa perubahan periode akan
merubah tegangan keluaran atau tegangan rata-rata seperti Gambar 8,
Gambar 9. Tegangan Rata – Rata PWM
(Sumber : http://robotic-electric.blogspot.com/2012/11/pulse-width-modulation-pwm.html)
Gambar 10. Tegangan Rata – Rata PWM
Tegangan rata-rata merupakan tegangan keluaran yang dikontrol
oleh sinyal PWM. a adalah nilai periode saat kondisi sinyal “on”. b adalah
nilai periode saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum.
Pada rumus di Gambar 9, maka akan didapatkan tegangan keluaran sesuai
dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan.
6. secondary rectifier & smoother, menurut Ahmad Nafain, ST (2010),
menyearahkan tegangan keluaran dari lilitan sekunder trafo penyaklaran
dan smoother-nya berfungsi sebagai penyaring atau menekan tegangan
riak hasil penyearahan tegangan oleh dioda kecepatan tinggi. Smoother
pada penyearahan kedua yang terlihat pada Gambar 11, terdiri dari dioda
[image:30.612.256.415.427.543.2]penyaklaran kecepatan tinggi misalnya 1N5822 dan kapasitor elektrolit.
Gambar 11. Penyearah Sekunder dan Penyaringnya
B. Komponen Pada Catu Daya Model Penyaklaran
Pada rangkaian catu daya model penyaklaran terdiri dari komponen
inti dan komponen pendukung. Adapun beberapa komponen yang digunakan
1. Dioda
Dioda adalah komponen semi konduktor yang paling sederhana terdiri dari
[image:31.612.259.430.213.259.2]dua elektroda yaitu katoda dan anoda seperti Gambar 12.
Gambar 12. Simbol dan Bentuk Dioda
(Sumber http://electroniclib.files.wordpress.com/2009/10/15.jpg)
Ujung badan dioda biasanya bertanda berupa gelang atau berupa
titik, yang menandakan letak katoda. Dioda hanya bisa dialiri arus searah
saja, pada arah sebaliknya arus searah tidak akan mengalir. Apabila dioda
silikon dialiri arus bolak balik, maka hanya mangalir satu arah saja
sehingga arus keluaran dioda berupa arus searah.
Bila anoda diberi potensial positif dan katoda negatif, dikatakan
dioda diberi panjar maju. Pada panjar maju, perbedaan tegangan antara
katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar
tegangan ini tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2 V, 0.6 V dan
sebagainya.
Bila dioda diberi panjar mundur (yang berbeda tegangannya
tergantung dari catu daya) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik.
Tegangan terbalik ini tidak boleh melampaui nilai tegangan dadal,
Dioda jenis germanium misalnya tipe 1N4148 atau 1N60 bila
diberikan panjar maju dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila
panjar maju dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut.
Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk saklar.
Untuk keperluan pada rangkaian catu daya, sering kali dioda disusun
menjadi dioda jembatan. Dioda jembatan adalah dioda silikon yang
dirangkai menjadi suatu rangkaian dan dikemas menjadi satu kesatuan
komponen seperti Gambar 13. Di pasaran terjual berbagai bentuk dioda
jembatan dengan berbagai macam kapasitasnya. Kapasitas dioda jembatan
yang utama adalah tegangan dan arus maksimumnya. Dioda jembatan
digunakan sebagai penyearah pada catu daya.
Detail dioda jembatan, dengan 1N4007 x 4. gelang perak tebal
pada dioda menunjukkan sisi katoda dari dioda. Dioda jembatan adalah
susunan empat dioda dalam rangkaian jembatan yang menyediakan sama
polaritas keluaran baik untuk polaritas masukan. Ketika digunakan dalam
aplikasi umum, untuk konversi dari terminal masukan yaitu arus bolak
balik menjadi arus searah pada terminal keluaran diketahui sebagai
jembatan penyearah. Sebuah jembatan penyearah menyediakan rektifikasi
gelombang penuh dari arus bolak balik dua kawat, sehingga biaya lebih
rendah dan berat dibandingkan dengan penyearah dengan masukan tiga
kawat dari transformator.
Menurut Khoirun Nisa (2012), fitur pokok dari jembatan dioda adalah
Rangkaian jembatan dioda juga dikenal sebagai sirkuit graetz. Setelah
penemunya, fisikawan Leo Graetz, dan versi fase tunggal dengan empat
dioda, juga dapat disebut sebagai jembatan H.
Gambar 13. Bentuk Dioda Jembatan
(Sumber : http://electroniclib.files.wordpress.com/2009/12/41.jpg)
Fungsi dioda dalam rangkaian elektronik secara umum antara lain:
a. pengaman polaritas,
b. penyearah,
c. regulator tegangan,
d. modulator,
e. pengendali frekuensi,
f. indikator,
g. saklar.
contoh aplikasi dioda
a. penyearah arus dan pelipat tegangan,
Gambar 14. Penyearah Arus dan Pelipat Tegangan
cara kerja :
Pada Gambar 14, saat fase mengayun + , D1 menghantar dan
mengisi C1 hingga setinggi Vmax. Saat fase mengayun –, C1
berhubungan seri dengan sumber tegangan yang berfase + sehingga
akan tertampung tegangan setinggi 2 x Vmax. Tegangan tersebut
kemudian disearahkan oleh D2 dan penyaring oleh C2 maka pada
keluaran C2 akan timbul tegangan 2 x Vmax.
b. regulator tegangan,
Gambar 15. Regulator Tegangan
(Sumber : http://electroniclib.files.wordpress.com/2009/12/91.jpg)
Dioda yang berfungsi sebagai regulator tegangan adalah dioda
zener. Pada Gqmbar 15, diode zener bekerja pada daerah dadal sehingga
menghasilkan tegangan keluaran yang sama dengan tegangan zener atau
Vout = Vz. Namun rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak
c. dioda sebagai pengaman dari kebalikan polaritas,
Gambar16. Dioda Sebagai Pengaman
(Sumber : http://electroniclib.files.wordpress.com/2009/12/101.jpg)
Pada Gambar 16, dioda difungsikan sebagai pengaman kebalikan
polaritas karena jika polaritas dari catu daya terbalik, arus tidak mengalir
pada alat elektronika tersebut sehingga riak dapat dihindari.
2. Kapasitor
Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk
menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan. Selain itu, kapasitor dapat
digunakan sebagai penyaring frekuensi. Kapasitas untuk menyimpan
kemampuan kapasitor dalam muatan listrik disebut farad (F) sedangkan
simbol dari kapasitor adalah C (capasitor). Sebuah kapasitor pada
dasarnya terbuat dari dua buah lempengan logam yang saling sejajar satu
sama lain dan diantara kedua logam tersebut terdapat bahan isolator yang
Gambar 17. Simbol dan Bentuk Kapasitor
(Sumber : http://atemmedansumut.blogspot.com/2013/07/teori-kapasitor-bagian-pertama.html)
Gambar 18. Bentuk Asli Kapasitor
(Sumber : http://atemmedansumut.blogspot.com/2013/07/teori-kapasitor-bagian-pertama.html)
Bahan dielektrik tersebut dapat mempengaruhi nilai dari kapasitansi
kapasitor tersebut. Adapun bahan dielektrik yang paling sering dipakai
adalah keramik, kertas, udara, metal film dan lain-lain seperti pada
Gambar 17 dan 18. Kapasitor sering disebut sebagai kondensator.
Kapasitor memiliki berbagai macam bentuk dan ukuran, tergantung dari
kapasitas, tegangan kerja, dan lain sebagainya.
Gambar 19. Prinsip Dasar Kapasitor
Seperti Gambar 19, jika kedua ujung plat metal diberi tegangan
listrik, maka muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki
(elektroda) metalnya dan muatan negatif terkumpul di ujung metal yang
kedua. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif
dan sebaliknya, muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif,
karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non konduktif. Muatan elektrik
ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung kakinya.
Penemu kapasitor adalah Michael Faraday pada tahun 1791-1867.
Pada dasarnya kapasitor dibagi menjadi dua kelompok yaitu kapasitor
polar dan non polar :
1. kapasitor polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai
polaritas positif dan negatif, biasanya kapasitor polar bahan
dielektriknya terbuat dari elketrolit dan kapasitor ini mempnyai nilai
kapasitansi yang besar dibandingkan dengan kapasitor yang
menggunakan bahan dielektrik kertas atau mika atau keramik,
2. kapasitor non polar adalah kapasitor yang kutubnya tidak mempunyai
polaritas artinya kutubnya dapat dipakai secara berbalik. Kapasitor ini
mempunyai nilai kapasitansi yang kecil dan bahan dielektriknya
terbuat dari keramik, mika dan lain-lain.
Satuan yang sering dipakai untuk kapasitor adalah :
a. 1 farad = 1.000.000 µF (mikrofarad),
b. 1 mikrofarad = 1.000 nF (nanofarad),
Sifat dasar sebuah kapasitor adalah dapat menyimpan muatan listrik.
Kapasitor juga mempunyai sifat tidak dapat dilalui arus searah dan dapat
dilalui arus bolak balikserta dapat berfungsi sebagai impedansi (resistansi
yang nilainya tergantung dari frekuensi yang diberikan). Kapasitor
berdasarkan nilai kapasitansinya dibagi menjadi dua bagian :
1. kapasitor tetap adalah kapasitor yang tidak dapat diubah nilainya,
2. kapasitor variabel adalah kapasitor yang dapat diubah nilainya.
Biasanya kapasitor ini digunakan sebagai tuning pada sebuah radio.
Ada dua macam kapasitor variabel yaitu varco (variable capacitor) dengan
inti udara dan varaktor (dioda varaktor). Pada dasarnya varaktor adalah
sebuah dioda tetapi dipasang terbalik, dioda varaktor dapat mengubah
kapasitansi dengan memberikan tegangan berbalik kepada ujung anoda
dan katodanya. Biasanya varaktor digunakan sebagai tuning pada radio
digital dengan fasilitas pencarian otomatis. Menurut Irfandy Rahman
(2013), fungsi kapasitor pada rangkaian elektronika biasanya adalah
sebagai berikut:
1. kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat
dilalui arus bolak balik dan tidak dapat dilalui arus searah serta
dimanfaatkan untuk memisahkan dua buah rangkaian yang saling
tidak berhubungan secara searah tetapi masih berhubungan secara
bolak balik (sinyal). Artinya sebuah kapasitor berfungsi sebagai
2. kapasitor berfungsi sebagai penyaring pada sebuah rangkaian catu
daya. Maksudnya adalah kapasitor sebagai penyaring tegangan riak.
Sifat dasar kapasitor tersebut yaitu dapat menyimpan muatan listrik
yang berfungsi untuk memotong teganganriak,
3. kapasitor sebagai penggeser fasa,
4. kapasitor sebagai pembangkit frekuensi pada rangkaian osilator,
5. kapasitor digunakan juga untuk mencegah percikan bunga api pada
sebuah saklar.
Umumnya kapasitor yang dijual di pasaran memiliki satuan uF (10 -6 F), nF (10-9 F) dan pF (10-12 F). Pada kapasitor yang berukuran besar,
nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan angka yang jelas, lengkap
dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya pada
kapasitor elektrolit tertulis kapasitansi sebesar 22 µF/25 V
.
Gambar 20. Cara Membaca Muatan Kapasitor
(Sumber : http://atemmedansumut.blogspot.com/2013/07/teori-kapasitor-bagian-pertama.html )
Kapasitor yang ukuran fisiknya yang kecil hanya bertuliskan dua
atau tiga angka saja. Jika hanya ada dua angka satuannya adalah pF
(pikofarad). Sebagai contoh, kapasitor yang bertuliskan dua angka 47,
Seperti Gambar 20, jika ada 3 digit angka pertama dan kedua
menunjukkan nilai nominal, sedangkan angka ketiga adalah faktor pengali.
Faktor pengali sesuai dengan angka nominalnya, berturut-turut 1 = 10, 2 =
100, 3 = 1.000, 4 = 10.000 dan seterusnya. Misalnya pada kapasitor
keramik tertulis 104, maka kapasitansinya adalah 10 x 10.000 = 100.000
pF atau = 100 nF. Contoh lain misalnya tertulis 222, artinya kapasitansi
kapasitor tersebut adalah 22 x 100 = 2200 pF = 2.2 nF.
Menurut Akademik Teknik Elektro Medik Medan (2013), tegangan
kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih
dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor 10 µF/25 V, maka tegangan
yang bisa diberikan tidak boleh melebihi 25 VDC. Umumnya kapasitor
polar bekerja pada tegangan searah dan kapasitor non polar bekerja pada
tegangan bolak balik. Menurut Wikipedia (2013), kapasitansi dari
kapasitor dapat ditentukan dengan rumus :
Keterangan : : Kapasitansi
: permitivitas hampa : permitivitas relatif : luas pelat
: jarak antar pelat/tebal dielektrik
Adapun cara memperbesar kapasitansi kapasitor atau kondensator dengan
jalan:
2. memperluas permukaan variabel,
3. menggunakan bahan dengan daya tembus besar.
Tabel 1. Permitivitas Relatif Dielektrik Permitivitas Relatif Dielektrik
Dielektrik Permitivitas
Keramik rugi rendah 7
Keramik k tinggi 50.000
Mika perak 6
Kertas 4
Film plastik 2,
Polikarbonat 2,4
Polistiren 3,3
Poliester 2,3
Polipropilen 8
Elektrolit aluminium 25
Elektrolit tantalum 35
Tabel 2. Tabel Karakteristik
3. Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk
membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Dari hukum
Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang
mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut ohm atau
dilambangkan dengan simbol Ω (omega). Tipe resistor yang umum adalah
berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada
badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk
memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur
besarnya dengan ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar
manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association)
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 18.
Gambar 21. Cara Membaca Nilai Resistor
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah
gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna
gelang toleransi ini berada di badan resistor yang paling pojok atau lebar
yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama sedikit ke
dalam.
Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai
dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10%
atau 20% memiliki tiga gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi
resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki empat
gelang (tidak termasuk gelang toleransi).
Gelang pertama dan gelang berikutnya berturut-turut menunjukkan
besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya. Misalnya
resistor dengan gelang kuning, ungu, merah dan emas. Gelang berwarna
emas adalah gelang toleransi.
Dari gambar 18 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas,
berarti resistor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansinya dihitung
sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah
menentukan nilai satuan dari resistor. Adapun contoh sederhananya,
sebuah resistor mempunyai empat gelang secara berurutan sebagai berikut
: warna gelang pertamanya merah, gelang kedua hijau, gelang ketiga
orange dan gelang keempat emas. Cara membaca nilai resistor tersebut
adalah sebagai berikut : diketahui gelang merah nilainya = 2 dan gelang
adalah 25. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan warna gelangnya
orange berarti faktor pengalinya adalah 1000. Sehingga diketahui nilai
resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 25 x
1000 = 25 kΩ dan toleransinya 5%. Spesifikasi lain yang perlu
diperhatikan dalam memilih resistor di suatu rancangan selain besar
resistansi adalah kapasitas daya pada resistor tersebut. Karena resistor
bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa
panas sebesar P = I2R (dalam satuan watt).
Semakin besar ukuran fisik suatu resistor, semakin besar
kemampuan daya resistor tersebut. Umumnya di pasaran tersedia resistor
yang berkemampuan ⅛, ¼, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki
kemampuan daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik
memanjang persegi empat dan berwarna putih, namun ada juga yang
berbentuk silinder.
Tetapi untuk resistor ukuran lebih besar, nilai resistansi dicetak
langsung di badannya, misalnya 100 Ω 5 W yang berarti 100 ohm dan
yang mempunyai kapasitas daya 5 W atau ada juga seperti 1k2 5 W.
Berarti nilai resistansi dari resistor tersebut sama dengan 1,2 kΩ 5 W atau
4. TL 431
Menurut Zaenal (2011), persyaratan utama sebuah catu daya adalah
kestabilan tegangan keluaran pada beban normalnya. Indikator kesalahan
digunakan untuk menyensor tegangan keluaran sekunder untuk diumpan
balik ke sisi primer melalui optocoupler. Setelah mendapatkan tegangan
kesalahan dari blok sekunder, segera mengumpan balik tegangan
keluarannya ke program pada indikator kesalahan.
Gambar 22. TL431 (Sumber:
http://www.oprekpc.com/forum/printview.php?t=160&start=0&sid=61db 5aa7314d62d926732dbd1f7113a2)
Gambar 23. Keterangan Kaki – Kaki TL431 (Sumber:
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/5774/MOTOROLA/TL431.html
Komponen yang berfungsi sebagai indikator kesalahan adalah
TL431 seperti Gambar 22 dan keterangan kaki TL431 pada Gambar 23..
IC TL 431 adalah dioda shunt regulator yang terprogram dan memiliki 3
terminal. Tegangan referensi IC ini bekerja pada koefisien zener
resistor eksternal. Komponen ini bekerja pada rentang arus 1 – 100 mA
dengan impedansi dinamis sebesar 0,22Ω. Karakteristik dari TL431
membuatnya jadi pilihan terbaik untuk dioda zener di beberapa aplikasi
voltmeter digital, catu daya, dan rangkaian op-amp. Tegangan referensi
2,5 V membuatnya untuk mencapai kestabilan dari suplai 5 V. Sejak
TL431 bekerja sebagai shunt regulator, tegangan 2,5 V dapat digunakan
sebagai tegangan referensi positif atau negatif.
TL431 mempunyai beberapa karakteristik, antara lain :
a. tegangan keluaran terprogram ke 36 V,
b. toleransi tegangan referensi + 0,4 %,
c. impedansi keluaran rendah yaitu 0,22 Ω,
d. koefisien suhu 50 ppm/°C,
e. dapat bekerja pada suhu -40o sampai +150oC,
f. kemampuan arusnya 1 – 100 mA,
g. riak tegangan keluaran rendah,
h. mempunyai tegangan referensi internal sebesar 2,5 V.
Pada Gambar 23, TL431 mempunyai 3 kaki dan mempunyai fungsi
masing – masing, antara lain :
a. kaki nomor 1 yaitu referensi, berfungsi sebagai terminal masukan
tegangan referensi. Tegangan referensi untuk TL431 maksimal 36 V
dan tegangan referensi internal sebesar 2,5 V.
b. Kaki nomor 2 yaitu anoda, berfungsi sebagai terminal pentanahan
c. Kaki nomor 3 yaitu katoda, berfungsi sebagai terminal keluaran.
5. Optocoupler
Menurut AY Nugraha (2011), optocoupler adalah suatu piranti yang
terdiri dari dua bagian pokok yaitu bagian pemancar dan penerima.
Bagian pemancar dan penerima terletak diantara bagian cahaya dengan
bagian deteksi sumber cahaya terpisah. Umumnya optocoupler
digunakan sebagai saklar elektrik yang bekerja secara otomatis. Bentuk
fisik optocoupler terlihat pada Gambar 24.
Gambar 24. Optocoupler PC817 (Sumber:
http://www.ventor.co.in/index.php?main_page=product_info&products_i d=41)
Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen penghubung
(coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optik. Optocoupler
terdiri dari dua bagian yaitu:
1. pada bagian pemancar dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika
dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah
memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya
yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata
2. pada bagian penerima dibangun dengan dasar komponen photodioda.
Photodioda merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga
cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu
pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum inframerah
mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka
fotodioda lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah.
Oleh karena itu, Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan
dari LED infra merah dengan fototransistor yang dikemas menjadi satu
chip. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik
yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata
karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu
panjang bagi mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah
frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah
frekuensi dengan panjang gelombang 1 µm–1 mm. LED infra merah ini
merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra
merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi panjar maju, LED
infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang
gelombang sekitar 0,9 µm.
Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam
optocoupler adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus,
elektron lepas dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya
listrik. Setelah elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan
saat masuk lubang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan
diradiasikan dalam bentuk cahaya. Sehingga dioda akan menyala atau
memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah pada
optocouplertidak memerlukan lensa untuk memfokuskan cahaya, karena
dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada
optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah
fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang
berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini
mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik. Oleh sebab itu,
fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.
Fototransistor memiliki sambungan kolektor – basis sebesar
cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan
lubang elektron. Dengan diberi panjar maju, cahaya yang masuk akan
menimbulkan arus pada kolektor.
Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon
yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga
sama dengan transistor pada umumnya, yaitu PNP dan NPN. Perbedaan
transistor dengan fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang
memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis,
sedangkan transistor biasa ditempatkan pada dinding logam yang
tertutup.
Bila digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada
dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan photodioda).
Sehingga sinyal listrik yang ada pada masukan dan keluaran akan
terisolasi. Dengan kata lain, optocoupler ini digunakan sebagai
optoisolator jenis IC.
Prinsip kerja dari optocoupler adalah :
a. jika antara photodioda dan LED terhalang maka photodiode tersebut
akan mati sehingga keluaran dari kolektor akan berlogika tinggi,
b. sebaliknya jika antara photodioda dan LED tidak terhalang, maka
fotodioda tersebut hidup sehingga keluaranya akan berlogika rendah.
Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara
rangkaian daya dengan rangkaian kontrol. Komponen ini merupakan
salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu
hidup/matinya. Opto berarti optik dan coupler berarti pemicu. Sehingga
bisa diartikan bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang
bekerja berdasarkan picu cahaya optik. Optocoupler termasuk dalam
sensor yang terdiri dari dua bagian yaitu pemancar dan penerima. Dasar
rangkaian dapat ditunjukkan seperti pada gambar 25 :
Sebagai pemancar dibangun dari sebuah LED infra merah untuk
mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan LED
biasa. Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan
rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu, dapat digunakan sebagai
pendeteksi adanya penghalang antara pemancar dan penerima dengan
memberi ruang uji di bagian tengah antara LED dengan fototransistor.
Penggunaan ini bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau
mendeteksi lubang penanda disket pada memorikomputer.
6. Induktor
Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika
pasif (kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada
medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya.
Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh
induktansinya, dalam satuan henry. Sebuah induktor adalah sebuah kawat
penghantar yang dibentuk menjadi lilitan seperti pada Gambar 26, 27 dan
28. Lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam lilitan
dikarenakan hukum induksi faraday. Induktor adalah salah satu komponen
elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian arus dan tegangannya
berubah-ubah, dikarenakan kemampuan induktor untuk memroses arus
Gambar 26. Induktor (Sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Electronic_component_inductors.jpg)
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi
atau kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada
kenyataanya merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi
karena resistivitas kawat, dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi,
induktor dapat menjadi sirkuit resonansi karena kapasitas parasitnya.
Selain memboroskan daya pada resistansi kawat, induktor berinti magnet
juga memboroskan daya di dalam inti karena efek histeresis, dan arus
tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena penjenuhan.
Induktor sering digunakan pada sirkuit analog dan pemroses sinyal.
Induktor berpasangan dengan kondensator dan komponen lain membentuk
sirkuit tertala. Penggunaan induktor bervariasi dari penggunaan induktor
besar pada pencatu daya untuk menghilangkan dengung catu daya, hingga
induktor kecil terpasang pada kabel untuk mencegah interferensi frekuensi
radio yang melalui kabel. Kombinasi induktor-kondensator menjadi
rangkaian tala dalam pemancar dan penerima radio. Dua induktor atau
Induktor digunakan sebagai penyimpan energi pada beberapa
pencatu daya moda saklar. Pengisian induktor selama waktu tertentu, dan
pengosongan pada sisa siklus. Perpindahan energi ini menentukan
tegangan keluaran. Reaktansi induktif (XL) digunakan bersama
semikonduktor aktif untuk menjaga tegangan agar stabil. Induktor
digunakan dalam sistem transmisi listrik untuk mengamankan tegangan
dari sambaran petir, dan membatasi arus penyaklaran dan arus kesalahan.
Dalam bidang ini, indukutor sering disebut dengan reaktor.
Gambar 27. Induktor yang Biasa di Catu Daya (Sumber:
http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Choke_electronic_component_Epcos_ 2x47mH_600mA_common_mode.jpg )
Induktor yang memiliki induktansi sangat tinggi dapat
disimulasikan dengan menggunakan girator. Sebuah induktor dikonstruksi
sebagai sebuah lilitan dari bahan penghantar. Umumnya kawat tembaga
yang digulung pada inti magnet berupa udara atau bahan feromagnetik.
Bahan inti mempunyai permeabilitas magnet lebih tinggi dari udara dan
fungsinya meningkatkan medan magnet pada induktor, sehingga
meningkatkan induktansi induktor. Induktor frekuensi rendah dibuat
biasanya digunakan sebagai inti pada induktor frekuensi tinggi,
dikarenakan ferit tidak menyebabkan kerugian daya pada frekuensi tinggi
seperti di inti besi. Ini dikarenakan ferit mempunyai lengkung histeresis
sempit dan resistivitasnya yang tinggi mencegah arus eddy. Induktor
dibuat dalam berbagai bentuk, sebagian besar menggulung kawat email
disekitar bahan inti dengan kaki-kali kawat keluar. Beberapa jenis
menutup penuh gulungan kawat di dalam material inti, dinamakan
induktor terselubungi. Beberapa induktor mempunyai inti yang dapat
diubah letaknya, memungkinkan pengubahan induktansi. Induktor yang
digunakan untuk menahan frekuensi sangat tinggi umumnya dibuat dengan
melilitkan tabung atau manik-manik ferit pada kabel transmisi.
Induktor kecil dapat dicetak langsung pada papan rangkaian
dengan membuat jalur tembaga berbentuk spiral.
Gambar 28. Jenis – Jenis Induktor (Sumber:
Lilitan Ferit Sarang Madu
Lilitan sarang madu dililit dengan cara bersilangan untuk
mengurangi efek kapasitansi distribusi. Ini sering digunakan pada
rangkaian penerima radio dalam gelombang menengah dan gelombang
panjang, karena induktansi tinggi serta dapat dicapai dengan bentuk yang
kecil.
Lilitan Inti Toroid
Sebuah lilitan sederhana yang dililit membentuk silinder
menciptakan medan magnet eksternal di kutub utara dan selatan. Sebuah
lilitan toroid dapat dibuat dari lilitan silinder dengan menghubungkan
menjadi berbentuk donat, sehingga menyatukan kutub utara dan selatan.
Pada lilitan toroid, medan magnet ditahan di lilitan. Ini menyebabkan lebih
sedikit radiasi magnetik dari lilitan, dan terhindar dari medan magnet
eksternal. Pada Tabel 3 adalah rumus untuk beberapa jenis induktor yang
sering digunakan di rangkaian elektronik.
Tabel 3. Rumus Dari Beberapa Induktor
Konstruksi Rumus Besaran (SI, kecuali
disebutkan khusus)
Lilitan silinder
L = induktansi μ0 = permeabilitas vakum
K = koefisien Nagaoka N = jumlah lilitan r = jari-jari lilitan l = panjang lilitan
Kawat lurus l = panjang kawat L = induktansi
Lilitan silinder pendek berinti udara
L = induktansi (µH) r = jari-jari lilitan (in) l = panjang lilitan (in)
N = jumlah lilitan
Lilitan berlapis-lapis berinti udara
L = induktansi (µH) r = rerata jari-jari lilitan
(in)
l = panjang lilitan (in) N = jumlah lilitan d = tebal lilitan (in)
Lilitan spiral datar berinti udara
L = induktansi r = rerata jari-jari spiral
N = jumlah lilitan d = tebal lilitan
Inti toroid
L = induktansi μ0 = permeabilitas vakum
μr = permeabilitas relatif bahan inti N = jumlah lilitan r = jari-jari gulungan
D = diameter keseluruhan
(Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Induktor )
7. IC Viper22A
IC Viper22A adalah IC SMPS (Switching Mode Power Supply). Bentuk
fisik dari IC Viper22A seperti Gambar 29. IC ini dalam rangkaian PWM
(Pulse Width Modulation) yang berfungsi sebagai pemberi lebar pulsa
pada proses penyaklaran trafo. IC Viper 22A mempunyai fitur atau
spesifikasi antara lain:
1. bekerja pada frekuensi penyaklaran 60 kHz,
2. tegangan suplai yang dibutuhkan di terminal VDD sebesar 9 – 38 V,
4. memiliki pengaman dengan cara mematikan rangkaian dan
menghidupkannya kembali secara otomatis jika terjadi arus lebih,
tegangan lebih, dan temperatur lebih,
5. memiliki pengaman dari tegangan lebih dengan histerisis,
6. membutuhkan tegangan tinggi saat mulai awal,
Gambar 29. Bentuk Fisik Viper22A
Seperti Gambar 30, IC Viper 22A memiliki 8 kaki yang memiliki fungsi
antara lain:
1. kaki nomor 1 dan nomor 2 adalah sumber. Berfungsi untuk sumber
atau masukan mosfet dan referensi pentanahan rangkaian,
2. kaki nomor 3 adalah FB, berfungsi sebagai rentang tegangan untuk
memperluas tegangan dari 0 V sampai 1 V dan menentukan arus
puncak pengosongan mosfet,
3. kaki nomor 4 adalah VDD, berfungsi sebagai catu daya dari rangkaian
kontrol dan menyediakan pengisian arus saat kerja awal, dengan
tegangan dan arus tinggi pada sumber yang terhubung ke jalur
pengosongan. Untuk keperluan ini, sebuah pembanding histerisis yang
memonitor tegangan VDD dan menyediakan dua batasan, yaitu
- VDD on, nilai tegangan (umumnya 14,5 V) rangkaian mulai
- VDD off, nilai tegangan (umumnya 8 V) perangkat berhenti
penyaklaran dan berubah pada kerja awal.
4. Kaki 5 – 8 adalah kaki pengosongan. Kaki ini berfungsi untuk sistem
pengosongan daya mosfet, digunakan sumber arus tegangan tinggi,
jeda fasa selama mengubah kapasitansi kapasitor VDD eksternal.
Gambar 30. Konfigurasi Pin Pada ICViper22a (Sumber :
http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD0008 7939.pdf )
8. TrafoPenyaklaran (Switching Transformer)
Trafo yang digunakan dalam catu daya linear berbeda dengan trafo
yang digunakan di catu daya penyaklaran. Trafo yang digunakan pada catu
daya model penyaklaran memiliki kelebihan,
a. memiliki kontruksi yang lebih ringan,
b. memiliki kapasitas arus yang lebih kecil antara 1 sampai 1,5 A,
d. ferit atau inti besi yang digunakan lebih kecil ukurannya,
e. menggunakan IC kontrol (PWM) untuk mengontrol keluaran trafo,
f. memiliki daya yang relatif keci,
g. menggunakan frekuensi tinggi antara 70 – 100 kHz sesuai dengan
jenis IC kontrol yang digunakan.
Gambar 31. Fisik Trafo Penyaklaran
Gambar 32. Konstruksi Trafo Penyaklaran
(Sumber : http://www.thierry-lequeu.fr/data/418-5543.pdf )
Trafo yang digunakan dalam rangkaian ini adalah seri EE–25XS
seperti Gambar 31 dan 32. Seri ini memiliki fitur atau spesifikasi antara
lain:
a. bekerja dengan temperatur < 50o,
b. tegangan pada lilitan primer antara 90 – 120 V,
c. konstruksi sesuai dengan CEI950, CEI335, CEI61558 untuk insulasi
d. sisi sekunder kemungkinan terhubung seri.
e. keluarandaya dapat diberikan setiap kombinasi sisi sekunder di dalam
batas arus maksimal,
Gambar 33. Konfigurasi Pin Trafo PenyaklaranEE-25XS (Sumber : http://www.thierry-lequeu.fr/data/418-5543.pdf )
Dalam gambar 33, terlihat bahwa trafo penyaklaran seri EE-25XS
memiliki sembilan pin. Kesembilan pin tersebut yaitu empat pin di sisi
primer dan lima pin pada sisi sekunder. Sisi primer trafo memiliki empat
pin yaitu :
1. pin 1 : pin 0 V atau terminal pentanahan. Pin ini berfungsi untuk
pentanahan pada sisi primer,
2. pin 2 : pin +aux. Pin ini untuk menyuplai tegangan untuk sistem
kontrol (PWM) dan sebelumnya disearahkan atau diproteksi dengan
menggunakan dioda. Disamping tegangan, pada pin +aux diperoleh
dari hasil induksi dari lilitan yang tersuplai tegangan dari snubber,
3. pin 3 : pin pengosongan. Pin ini sebagai sumber pembuangan daya IC
mosfet,
4. pin 5 : pin +E. Pin ini sebagai masukan trafo untuk bekerja. Tegangan
yang masuk di pin ini berkisar antara 85 – 220 V,
1. pin 8 dan 10 : pin 0 V. Pin ini merupakan pin untuk pentanahan sisi
sekunder.
46
BAB III
KONSEP RANCANGAN
A. Identifikasi Kebutuhan
Rangkaian catu daya model penyaklaran jika diidentifikasi kebutuhan
memerlukan beberapa komponen terpenting antara lain:
1. rangkaian PWM IC Viper22A sebagai pengendali kerja penyaklaran,
IC PWM yang digunakan pada rangkaian catu daya model penyaklaran
adalah IC SMPS Viper22A. IC SMPS Viper22A digunakan karena IC
jenis ini memiliki karakteristik diantaranya mampu bekerja pada frekuensi
penyaklaran 60 kHz dan tegangan suplai pada pin VDD sebesar 9 – 38 V,
2. TL 431 sebagai pengontrol umpan balikdari keluaran ke PWM,
TL 431 dalam rangkaian catu daya model penyaklaran digunakan untuk
umpan balik yang berfungsi mengontrol kestabilan tegangan keluaran
dengan mengirim sinyal umpan balik dari blok sekunder ke blok primer
melaluioptocouplerPC 817,
3. pemutar cakram DVD sebagai beban rangkaian ini,
Pengujian dilakukan dengan membandingkan tegangan dan arus keluaran
dari catu daya model penyaklaran menggunakan transistor maupun IC
Viper22A. Pengujian ini menggunakan pemutar cakram DVD sebagai
beban. Tujuannya untuk mengetahui regulasi tegangan dan regulasi beban
dari kedua catu daya serta frekuensi penyaklaran pada catu daya model
4. tegangan 150 V, 220 V dan 240 V untuk menyuplai rangkaian ini supaya
dapat bekerja.
Tegangan tersebut digunakan untuk menyuplai rangkaian saat pengujian
sehingga dapat diketahui regulasi tegangan dan bebannya.
Konsep rancangan rangkaian ini harus memperhatikan beberapa komponen
pokok dalam rangkaian ini, antara lain:
1. IC Viper22A sebagai perangkat pokok PWM,
2. trafo penyaklaran sebagai penurun tegangan dari hasil prosespenyaklaran,
3. TL 431 sebagai pengontrol umpan balik dari keluaran ke PWM.
B. Perancangan Blok Diagram Rangkaian Catu Daya Model Penyaklaran
Catu daya model penyaklaran memiliki beberapa komponen dan dibagi
dalam beberapa bagian pokok. Bagian tersebut memiliki sistem kerja masing –
masing. Sistem kerja tersebut dijelaskan dalam satu blok diagram seperti
gambar 34 :
Gambar 34. Blok Diagram Sistem Kerja Catu Daya Model Penyaklaran
AC Input
Flyback PWM AC/DC
onverter
First Rectifier
Second
Rectifier Out DC Transformer
TL 431 voltage feedback Optocoupler
IC PC 817 PWM IC
Keterangan :
: alur sistem daya : alur sistem sinyal
Sistem kerja rangkaian ini pada Gambar35 dan 36 adalah tegangan bolak
balik 220 V masuk ke terminal masukan. Sebelum masuk ke rangkaian,
tegangan 220 V tersebut masuk ke sekring yang berfungsi untuk mengamankan
rangkaian dari hubung singkat. Setelah dari sekring, arus mengalir ke
penyaring.Penyaringdisini adalah rangkaian yang terdiri dari lilitan penyaring
(choke electric) dan kapasitor dengan kapasitas kecil dengan tegangan kerja
250 V. Rangkaian ini berfungsi untuk penyaring riak frekuensi jala – jala
listrik. Dari rangkaian penyaring, arus mengalir ke penyearah primer.
Penyearah primer terdiri dari empat dioda yang disusun menjadi dioda
jembatan yang berfungsi untuk menyearahkan arus bolak balik ke arus searah.
Dioda jembatan dalam menyearahkan gelombang bolak balik ke gelombang
searah dibantu oleh sebuah kapasitor elektrolit dengan kapasitas lebih besar
daripada kapasitas kapasitor di penyaring. Kapasitas kapasitor di rangkaian
penyearah ini berkisar dari 10 – 100 µF dengan tegangan kerja 400 V. Dengan
kapasitas tegangan yang besar, kapasitor ini mampu bekerja pada tegangan
searah 220 – 250 V. Pemakaian kapasitor ini mampu meningkatkan tegangan
dan arus awal saat rangkaian mulai bekerja. Semakin besar kapasitas kapasitor
yang dipakai semakin besar pula arus yang dihasilkan saat rangkaian mulai
bekerja. Kapasitor ini juga dapat memperhalus gelombang searah saat keluar
dari dioda jembatan sebelum masuk ke rangkaian. Setelah dari penyearah
terdapat rangkaian yang bernama snubber. Snubber berfungsi untuk
menghilangkan lonjakan tegangan yang akan mengalir ke sistem penyaklaran.
Snubber terdiri dari rangkaian sebuah resistor, kapasitor dan dioda.
Resistor yang digunakan dalam rangkaian ini mempunyai tahanan yang
besar antara 47 – 100 kΩ dengan kemampuan daya ½ - 2 W. Selain resistor,
komponen lain pada snubber adalah kapasitor. Kapasitor disini berbeda dengan
kapasitor yang berada di penyearah. Kapasitor yang digunakan di snubber
memiliki kapasitas yang kecil hanya berkisar 10 nF dengan tegangan kerja 1
kV. Kapasitor ukuran 1 kV umumnya dijual di pasaran berwarna biru muda
dengan ukuran kecil. Selain kapasitor, komponen yang digunakan di snubber
adalah dioda. Dioda yang digunakan adalah dioda 1 A dengan kelebihan
mempunyai penyaklaran yang cepat untuk efisiensi tinggi. Dioda yang
umumnya digunakan adalah dioda seri FR107 dan FR 106. Setelah dari
snubber, arus mengalir ke trafo penyaklaran.
Trafo penyaklaran akan menurunkan tegangan dari 220 VDC menjadi
tegangan rendah antara lain 3 dan 9,5 V. Tegangan tersebut adalah tegangan
pada sisi sekunder trafo yang disearahkan kembali oleh dioda. Trafo dalam
bekerja dibantu oleh sistem penyaklaran dengan waktu yang sangat cepat.
Sistem kerja trafo penyaklaran dan kontrol penyaklaran utama dapat
meningkatkan efisiensi daya karena kedua tegangan keluaran trafo tidak selalu
aktif terus menerus. Jika sekilas pengukuran dengan multimeter, kedua
aktif bergantian. Karena itu, jika kedua tegangan selalu aktif akan memakan
daya yang besar walaupun tidak dibebani.
Tegangan keluaran dari trafo tersebut kemudian dialirkan ke penyearah
sekunder. Di penyearah sekunder, tegangan keluaran dari trafo disearahkan
menggunakan rangkaian penyearah dan rangkaian penyaring. Rangkaian
tersebut terdiri dari sebuag dioda, kapasitor, lilitan, dan resistor sebagai
pengaman. Dioda yang digunakan dalam rangkaian penyearah sekunder adalah
seri FR 107 dan 1N 5822. Dioda FR 107 digunakan pada terminal +12 V dan
-12 V, karena kedua terminal tersebut hanya menggunakan arus maksimal 1 A.
Dioda 1N 5822 digunakan pada terminal +5 V, karena pada terminal +5 V
daya yang dihasilkan lebih besar dan arusnya pun lebih besar yaitu maksimal 3
A.
Penyearah sekunder ini tegangan keluaran dari trafo kemudian
disearahkan oleh dioda penyearah kemudian hasil penyearahan tersebut
diperhalus kembali dengan muenggunakan kapasitor. Kapasitor sendiri dapat
menjadi penyaring dan bisa menaikkan tegangan keluaran. Di penyearah
sekunder terdapat resistor yang berfungsi sebagai pengaman jika terjadi arus
lebih pada terminal keluaran dan juga membatasi tegangan yang keluar.
Tegangan yang keluar dari penyearah sekunder harus distabilkan oleh
rangkaian TL 431 voltage feedback. TL 431 voltage feedback akan memberi
sinyal umpan balik dari penyearah sekunder ke blok penyearah pertama
melalui optocoupler PC 817. Optocoupler PC 817 akan mengirim sinyal dari
mengisolasi antara blok primer yang bertegangan tinggi dan blok sekunder
bertegangan rendah. Sinyal yang dikirim melalui optocouplerPC 817 tersebut
akan diteruskan ke rangkaian kontrol penyaklaran utama.
Menurut Ahmad Nafain, ST (2010), rangkaian kontrol penyaklaran
utama terdiri dari osilator, pengontrol utama dan pengontrol arus yang
berfungsi untuk mengatur lebar pulsa (Pulse Width Modulation). Untuk kontrol
dan PWM pada rangkaian ini adalah IC Viper22A. Rangkaian penyaklaran
utama yang telah dijelaskan diatas berfungsi untuk menyaklar tegangan searah
hasil penyearahan dengan periode tertentu. Dalam rangkaian ini penyaklaran
tegangan searah dilakukan oleh Viper22A dengan frekuensi penyaklaran
sebesar 60 kHz. Viper22A memberikan lebar pulsa tertentu sesuai dengan
pengaturan pabrik. Sinyal pulsa dari proses penyaklaran ini akan membantu
trafo penyaklaran dalam menurunkan tegangan supaya dapat digunakan di
penyearah sekunder. Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh catu daya ini
telah sia
